JP5093927B2 - プリント配線板の接続構造およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一方のプリント配線板のフライングリードと他方のプリント配線板の導体配線(基板パッド)とを電気的に接続しながら十分高い接続強度を簡単に得ることができる、プリント配線板の接続構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
PTFEよりも引張強さが高い樹脂フィルムである、(ポリイミドPI、ポリエーテルエーテルケトンPEEK、ポリエーテルイミドPEI、および、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーETFE)のなかのいずれかを離型フィルムに用いることで、高温になって軟化しても所定レベル以上の強度を維持するので、フライングリードの間から押し込まれる程度は抑制されるか、まったく押し込まれない。この結果、ACFは、熱圧着工程を経て、(導体/フライングリード)の側面上部に達して、その側面を分厚く被覆することができる。この結果、上記の接続強度を向上させることができる。
図1は、本発明の実施の形態1におけるプリント配線板の接続構造50の一例を示し、(a)は平面図、(b)はIB−IV線に沿う断面図である。このプリント配線板の接続構造50は、大略、(基材11上に導体配線15を有する第1のプリント配線板10/異方導電性接着剤(ACF)33/フライングリード25を有する第2のプリント配線板20/保護フィルム31)の積層体である。
第1のプリント配線板10では、絶縁性の基材11の上に、たとえば銅箔が貼着されてエッチングによりパターニングされた導体配線(以下、導体と記す)15が所定の間隔をあけて並行している。プリント配線板10において絶縁性の基材11上に配置されている露出した導体15は、接続のための部分であり、基板パッドと呼ばれる場合もある。
ACF33は、導電粒子33pを含む熱硬化性樹脂の接着剤であり、導体15とフライングリード25とは、ACF33により導電接続されており、他の部分では、導電性が発現されていない。導体15とフライングリード25との導電接続は、両者の間隔を短くして、熱硬化性または熱可塑性の接着樹脂中の導電粒子のサイズと同程度にすることで、発現する。導電接続を発現する導体15とフライングリード25との間隔は、たとえば1μmであり、これより大きくても小さくてもよく、0.1μm〜5μmの範囲にあればよい。図1(b)では、導体15とフライングリード25とは、直接、接触しているように表示しているが、ACF33が間に介在しており、とくに導電粒子33pが導電接続をしている。導電粒子33pは、ニッケル、銀、などどのような金属でもよいし、樹脂粒に金めっき、銀めっき、ニッケルめっきしたものでもよい。形状も球状、粒状、針状などどのような形態であってもよい。
フライングリード25または第2のプリント配線板20上には、保護フィルム31が配置されている。本実施の形態では、この保護フィルム31に、PTFEよりも引張り強さが高い、上記のスーパーエンジニアリングプラスチック(SEP)を用いた点に特徴を有する。上記のSEPを用いたことの利点は、本実施の形態におけるプリント配線板の接続構造50の製造方法、またはプリント配線板の接続構造の製造方法について説明したあとで、説明する。
第2のプリント配線板20において、導体配線であるフライングリード25は、一方の端を絶縁性基材21から延在させて、他方の端を絶縁性基材21に進入させている。一方の端と他方の端の間では裸の状態である。フライングリード25は、図2に示すように、両端側において絶縁性基材21に進入して配線を形成する場合でも、他端側は裸の状態のまま終端する形態であってもよい。フライングリードの領域が複数箇所に分かれていて、その領域が、並置されていても、千鳥状(3つ以上の領域の場合)に配列していてもよい。
ACF33は、上述のように、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を主成分に含む。熱硬化性樹脂の場合、硬化温度にいたる過渡温度域において溶融または半溶融状態を経過する。また熱可塑性樹脂の場合は高温で溶融または半溶融状態になる。この溶融または半溶融状態に圧力を付加して、導体15/フライングリード25の部分を薄くして、導電粒子がACF33内部で導通するようにする。また、圧力を加えられないその他の部分では、導電性が発現しないようにする。
圧力の負荷には、フライングリード25が露出している長さの範囲に収まる幅寸法の押し具(熱圧着ツール)41を用いるのがよい、押し具41とフライングツール25との間には、離型フィルムを兼ねる保護フィルム31を介在させる。離型フィルムまたは保護フィルム31は、ACFが押し具41に粘着するのを防止するために配置する。保護フィルム31自体は、本実施の形態では、ACF33と粘着してもよく、図1の接続構造は、むしろ積極的にACF33と粘着させた構造である。
ここで問題になるのは、離型フィルムのPTFEは、温度上昇して軟化するため、押し具41に押されて、フライングリード25間のスペースD2に、さらには導体15間のスペースD1にまで入り込む場合が多いことである。図3において、点線は、押し具41の熱圧着の圧力印加の位置を示している。フライングリード25間に押し込まれたPTFEフィルムは、直下に位置するACF33に圧力をかける。この結果、ACF33は、PTFEフィルムを離型フィルムに用いた場合、圧力を受けて流動して、導体15間の側方開口から外に流出する。しかし、本発明の実施の形態では、離型フィルムに、強度がPTFEより高いSEPフィルムを用いる。このため離型フィルムの軟化は抑制され、フライングリード25の間のスペースD2に押し込まれるのが抑制または防止される。この結果、ACFは、(導体15/フライングリード25)間のスペースに溜まり、導体15/フライングリード25の側面の上部にまで充満して、接続強度向上に寄与することができる。ACF33は、溶融または半溶融状態で、(導体15/フライングリード25)の側面に粘着するので、図1(b)に示すように、(導体15/フライングリード25)間のスペースDにおいてフラットな表面を呈さず、側面から中間部へと垂れ下がる、粘性流体特有の表面形状を呈する。ACF33の溜まり量が多いと、この垂れ下がりが急峻ではなくなる。垂れ下がりが急峻であると、(導体15/フライングリード25)の側面の被覆厚みが薄くなり、接続強度は低くなる。
上記の熱圧着の離型フィルムに用いるフィルムは、接着樹脂と粘着しにくいという特性は必要なく、引張強さが高く、熱圧着のとき軟化しにくいことが求められる。このためSEPフィルムを用いるが、このSEPフィルムは、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーETFEのいずれかとする。押し具41の圧力を下方に伝えるため、厚みは10μm〜300μmとするのがよく、たとえば50μmとするのがよい。
ACF33は、導電接続した(導体15/フライングリード25)の側面の上部に達して、側面間(スペースD)では流動体特有の、上記側面を伝って(垂れ下がって)溜まる表面形状を呈する。側面間を部分占有するACFが多いほど、導体15とフライングリード25との接続は強固なものとなる。
一方、SEPフィルム31が、少しフライングリード25間に押し込まれた場合でも、その押し込まれの程度はPTFEよりも小さいので、ACF33は多量には流出しない。そして、その少し押し込まれたSEPフィルム31とACF33とは接触して、SEPフィルム31はACF33に接着され、第2のプリント配線板20上に固定される。
要約すると、上記のいずれの場合でも、SEPフィルム31はACF33に接着されて、第2のプリント配線板20上に固定される。このような、SEPフィルム31は、導体15→導電粒子33pを含む薄いACF→フライングリード25の導電接続箇所に加えて、第1のプリント配線板10→ACF33→SEPフィルム31という応力伝達経路、ACF33→第2のプリント配線板20→SEPフィルム31という応力伝達経路などを形成するので、第1のプリント配線板10(導体15)と第2のプリント配線板20(フライングリード25)との接続強度を向上させる。
この種のプリント配線板の接続構造では、フライングリード25を露出させたままにすることは希であり、一般に、保護フィルムを後の工程で設けるのが普通である。本実施の形態によれば、後工程で保護フィルム31を設けることなく、熱圧着のときに保護フィルム31を設けることができる。
第1のプリント配線板10は補強をしなくてもよいが、補強をする場合は裏面から補強するのがよい。裏面から補強するとき、適度な厚みを持つ、ガラスエポキシ板、ポリイミド板、ポリエチレンテレフタート(PET)板、ステンレス板、等を貼り合わせるのがよい。
上記は、ACF33に熱硬化性接着剤を用いた場合について詳しく説明したが、熱可塑性樹脂を用いてもよいことは、上記のとおりである。
図4は、本発明の実施の形態1の変形例であって、本発明の一つの実施の形態であるプリント配線板の接続構造50を示し、(a)は平面図、(b)はIVB−IVB線に沿う断面図である。本実施の形態では、図2および図3に示した方法でプリント配線板の接続構造を形成するが、図1のプリント配線板の接続構造と異なり、PTFEフィルムよりも引張強さが高い樹脂フィルム31を、接続構造50に残さない点に特徴を有する。あとで説明する実施例も、この変形例のプリント配線板の接続構造50に対応する。
上記の樹脂フィルム31をプリント配線板の接続構造50に残さないためには、樹脂フィルム31がACF33と接着しないようにする。そのためには、(a1)樹脂フィルム31自体に離型性を持たせるか、(a2)熱圧着のときの操業条件を本変形例に対応させるか、によって対処することができる。
ACF33の流動性が高くなる温度域を長く経過するような熱パターンは、ACF33に熱硬化性樹脂を用いて構成するよりも、熱可塑性樹脂により構成するほうが、容易である。ACF33は、どのような接続構造にするかに応じて、適切な樹脂を選ぶのがよい。
図5は、本発明の実施の形態2におけるプリント配線板の接続構造50を示し、(a)は平面図、(b)はVB−VB線に沿う断面図である。本実施の形態では、保護フィルム31に引張強さの高い、上記のSEPフィルムを用いた上で、保護フィルム31と第2のプリント配線板20またはフライングリード25との間に接着剤37を配置した点に特徴を有する。これによって、SEPフィルム31は、第2のプリント配線板20またはフライングリード25に堅固に接着される。
さらにSEPフィルム31を接着剤37で接着することで、次の利点を得ることができる。SEPフィルム31は、導体15→導電粒子33pを含む薄いACF→フライングリード25の導電接続箇所に加えて、第1のプリント配線板10→ACF33→接着剤37→SEPフィルム31という応力伝達経路、ACF33→第2のプリント配線板20→接着剤37→SEPフィルム31という応力伝達経路などを形成する。この結果、SEPフィルム31は、両プリント配線板10,20の接続強度を向上させるのに、実施の形態1における図1に示した接続構造よりも高い寄与度で貢献することができる。
第1のプリント配線板には片面FPCを用いた。導体の幅は100μm、高さは18μmであり、導体の間隔は100μmである。第2のプリント配線板には、片面FPCを用いた。フライングリードの厚みは20μm、幅は100μmであり、間隔は100μmとした。ACFには直鎖Ni粒子を用いたACFを用い、熱圧着前のフィルム厚みは35μmとした。熱圧着条件は、温度200℃−保持時間15秒−圧力3MPaとしたが、試験体に応じて、押し具に接触する樹脂フィルム(厚み50μmで共通)を変えた。本実施例は、樹脂フィルムを保護フィルムとして残さない、実施の形態1の変形例(図4参照)に対応する接続構造である。
試験体を製作後に、断面の形態および密着強さを測定した。断面の形態は光学顕微鏡によった。密着強さの測定は、JIS C5016に規定の導体引きはがし強さ(8.1.1)に準拠して行った。
本発明例A1:ポリイミドフィルム:引張強さ350MPa
本発明例A2:ポリエーテルエーテルケトン(PEEK):引張強さ147MPa
本発明例A3:ポリエーテルイミド(PEI):引張強さ114MPa
比較例B1:ポリテトラフルオロエチレン(PTFE):引張強さ43.9MPa
比較例B2:シリコンゴムフィルム:引張強さ3.9MPa
従来のように、離型フィルムとしてPTFEフィルムを用いた、プリント配線板の接続構造150では、図8に示すように、基材111上の導体115とフライングリード125との導電接続はするが、ACF133は大部分流失して、(導体115/フライングリード125)間に残らない。このため、ACF133が、接続強度の向上にほとんど寄与しない。シリコンゴムを用いた比較例B2でも、ほとんど同じか、比較例B1よりも劣る結果であった。なお、図8および図7では、断面における(導体/フライングリード)のACFを示している。
これに対して、本発明例A1のように、押し具の接着防止の樹脂フィルムにPIフィルムを用いて製作した接続構造は、図7に示すように、ACF33は、底部厚みが十分厚く、導体15/フライングリード25の導電接続を得ながら、第1のプリント配線板10と第2のプリント配線板20との接続強度を、十分高くすることができる。他の本発明例A2,A3についても、同様の結果が得られた。これによって、熱圧着のときに、押し具に当てる樹脂フィルムにPTFEより高強度の本発明例A1〜A3等のSEPフィルムを用いることで、接続強度を向上できることが確認された。
Claims (6)
- 複数の導体が基材上に位置する、第1のプリント配線板を準備する工程と、
前記第1のプリント配線板上に異方導電性接着剤フィルムを配置する工程と、
前記異方導電性接着剤フィルム上に、フライングリードを有する第2のプリント配線板を前記第1のプリント配線板に合わせて配置する工程と、
前記第2のプリント配線板の上から、樹脂フィルムを介在させて熱圧着ツールで圧力をかけて熱圧着する工程とを備え、
前記樹脂フィルムに、PTFE(Polytetrafluoroethylene)よりも引張強さが大きい樹脂である、(ポリイミドPI、ポリエーテルエーテルケトンPEEK、ポリエーテルイミドPEI、および、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーETFE)のなかのいずれかを用いることを特徴とする、プリント配線板の接続構造の製造方法。 - 前記樹脂フィルムが、前記異方導電性接着剤に接着するようにして、前記樹脂フィルムを保護フィルムとして前記第2のプリント配線板上に残すことを特徴とする、請求項1に記載のプリント配線板の接続構造の製造方法。
- 前記第2のプリント配線板と前記樹脂フィルムとの間に、接着剤層を介在させて、前記樹脂フィルムを保護フィルムとして前記第2のプリント配線板上に残すことを特徴とする、請求項1に記載のプリント配線板の接続構造の製造方法。
- 前記熱接着工程の後、前記樹脂フィルムを残さないことを特徴とする、請求項1に記載のプリント配線板の接続構造の製造方法。
- 基材上に位置する複数の導体を有する第1のプリント配線板と、
複数のフライングリードを有する第2のプリント配線板と、
前記第1のプリント配線板の導体と、前記第2のプリント配線板のフライングリードとを接続する異方導電性接着剤と、
前記第2のプリント配線板上に位置する保護フィルムとを備え、
前記保護フィルムが、PTFE(Polytetrafluoroethylene)の引張強さより大きい引張強さを有する、(ポリイミドPI、ポリエーテルエーテルケトンPEEK、ポリエーテルイミドPEI、および、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーETFE)のなかのいずれかであることを特徴とする、プリント配線板の接続構造。 - 前記保護フィルムは、前記異方導電性接着剤に接着されているか、または、前記第2のプリント配線板との間に、接着剤層を備え、その接着材層に接着されていることを特徴とする、請求項5に記載のプリント配線板の接続構造。
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